激光常见知识

• 从此便产生了所谓位相匹配条件k(2)=2k(),它是产生 光学倍频的重要条件,其中k()和k(2)分别为基频和倍 频光在媒质中的波矢 当这两个光波沿同一方向传播 时，此条件转化为要求媒质中倍频光的折射率(2)等 于基频光的折射率。 通常利用晶体本身的双折 射性质来实现位相匹配。例如，对于负单轴晶体， 在正常色散情况下，可选择光的偏振方向使基频光 为寻常光，倍频光为非常光，再通过恰当选取光波 传播方向与晶轴的夹角来实现位相匹配。 当满 足位相匹配条件时，倍频光功率密度正比于基频光 功率密度的二次方，也正比于晶体作用长度的二次 方。此外还与媒质的倍频系数（二阶非线性极化率） 二次方成正比。
• 什么是受激拉曼散射 受激拉曼散射是强激光与物质相互作用 如何计算倍频效ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ？ 分别测得532nm激光的能量E1,1064nm激光的 能量E2，，那么倍频效率为 Q ＝Ｅ１ ／（Ｅ１＋Ｅ２）
倍频：基频以外的其他振动能级跃迁产生的红外 吸收频率统称为倍频。v=0至v=2的跃迁称为第 一个倍频2n，相应地3n, 4n……等均称为倍频 • 基频以外的其他振动能级跃迁产生的红外吸收 频率统称为倍频。v=0至v=2的跃迁称为第一个 倍频2n，相应地3n, 4n……等均称为倍频。 • 使获得频率为原频率整数倍的方法。利用非线 性器件从原频率产生多次谐波，通过带通滤器 选出所需倍数的那次谐波。在数字电路中则利 用逻辑门来实现倍频
• 激光放大器：为获要高能量或功率而保持光束的质量 （包括脉宽，线宽，偏振等）通常采用放大的方法。激 光放大器的结构与激光振荡腔器基本相似，只不过前者 不需要激光共振腔系统；输入激光辐射通常是采取单次 通过放大器内增益媒介的方式获得单次行波放大 • 光放大器有三种:光纤放大器，拉曼放大器，半导体光 放大器 • 放大器的组成：振荡部分，放大部分，电源，触发器， 延迟电路 • 放大器由振荡级决定脉冲宽度，谱线宽度，光束发散角 • 放大器输出与输入的比值为放大倍数
激光常见知识
1常见的非线性光学现象 弹性作用：二次谐波SHG，三波混频，参量放 大，双光子吸收
非弹性作用：拉曼散射，布里渊区散射 2倍频方式或非线性光学的相位匹配方式 温度相位匹配和角度相位匹配
3 影响倍频效率的主要因素： 晶体的非线性系数，泵浦光的峰值功率密度， 相位匹配条件 4 受激拉曼散射和自发拉曼散射相比有什么特 点 （1）受激拉曼散射有阈值条件 （2）受激拉曼散射光的方向性好 （3）受激拉曼散射光强极高 （4）受激拉曼散射光具有很高的单色性 （5）受激拉曼散射光脉冲短
2被动调Q：在激光腔内使用可饱和吸收晶体 可以得到被动Q开光，这种Q开光是利用饱 和吸收体存在非线性吸收特性，在强激光 作用下吸收饱和而对激光呈现透明特性 3 声光调Q:光用过有超声波作用的介质时，由 于衍射造成的偏折来控制激光器的Q值 Laser:light amplification by stimulated emission of Radiation
• 激光器的 基本组成及其作用？
• 激光器有工作物质，谐振腔，泵浦源三部 分组成，工作物质是激光器的核心，作用 是为激光产生提供反转粒子数；谐振腔是 重要部件，不仅满足激光 震荡的必要条件 而且对输出的激光的模式，功率，光速发 散角都有很大影响；泵浦源是为实现粒子 数提供 外界能量系统
• YAG优点： 高增益系数，阈值低，1064nm光波吸收少，功 率高，机械性能和光学质量好，适用于多种方 式（连续，脉冲，调Q，锁模） YVO4的优点： 在808nm左右的泵浦带宽约为YAG的5倍，在 1068nm处的激光发射截面是YAG的3倍，阈值 低，双轴晶体，输出为线偏振由于YVO4泵浦带 较宽，所以其激光性能更适合LD的温度变化 ， 由于吸收截面大，其吸收系数大又因为热导率 小，YVO4适于薄片状纵向泵浦中小功率激光器
• 当工作气体温度变化时LD段泵激光器输出 波长也可能发生变化，此现象称输出波长 的温度漂移 • LD全固态激光器的分类：按泵浦方式分类， 全固态激光器可分为端面泵浦，侧面泵浦， 混合泵浦；按工作物质形状分类，棒状激 光器，板条激光器，盘片激光器，光纤激 光器；LD测泵基本泵浦波长为808nm
• 激光器冷却方式：水冷和风冷 • YAG：1064nm He-Ne:632.8nm Co2:10.6um • 各种跳Q技术： 1 电光调Q：某些晶体的电光效应做成的电光 开光，对激光调Q 特点：在使用的波长范围内，对光的吸收和 散射要小，电阻率要大，介电损耗要小， 化学稳定机械和热性能好半波电压低
• 固体激光器对工作物质的要求？ • 光学和光谱的特性： 2 具有三能级或者四能级系统，从降低阈值和 提高效率的角度来衡量能级结构，四能级优于三能级 3具有宽的吸收带，大的吸收系数和吸收截面以利于储能 4掺入的激活离子具有有效的发射光谱和大的发射截面 5在泵浦光的光谱区和震荡波长处高度透明 6在激光波长范围内的吸收，散射的损耗小，损伤阈值高 7激活离子能够实现高浓度参杂，且荧光寿命长 8 不因泵浦光激发产生的色心而导致对光的有害吸收 9足够大的尺寸和良好的光学均匀性
• 应用 光学倍频可将红外激光转变为可见激 光，或将可见激光转变为波长更短的激光，从 而扩展激光谱线覆盖的范围。在激光技术中已 被广泛采用。为得到波长更短的激光可用多级 倍频。 目前已有许多种倍频晶体，且可达 到相当高的倍频转换效率。对于可见及近红外 的基频光，常用的倍频晶体有 KDP、KDPADP、 LiIO、CDA等等, 转换效率可高达30％～50％。 对于中红外基频光,常用晶体为AgAsS、GdGeAs、 Te、CdSe等，转换效率为5％～15％左右。
• 光学倍频： 又称光学二次谐波，是指由于光与非线性媒 质（一般是晶体）相互作用,使频率为的基 频光转变为2的倍频光的现象。这是一种常 见而重要的二阶非线性光学效应
• 来源 • 光学倍频来源于媒质在基频光波电场作用下产生 的二阶非线性极化，即极化强度中与光波电场二次 方成比例的部分这一部分极化强度相当于存在一种 频率为2的振荡电偶极矩。基频光波在媒质中传播 的同时激励起一系列这样的振荡电偶极矩。它们在 空间中的分布就好比一个按一定规则排列的偶极矩 阵列，偶极矩之间有一定的相对位相。由于阵列中 每个电偶极矩都要辐射频率为2的光波, 故偶极矩阵 列的辐射应是这些光波互相干涉的结果。无疑，只 当干涉是相互加强时才会有效地产生倍频光输出为 此，阵列中各振荡电偶极矩间要保持恰当的位相关 系
• 电光调Ｑ的 特点： 开关时间短，同步精度高，系统稳定可靠， 输出脉冲窄， • 电光晶体的要求：在使用波长范围内对光 的吸收和散射要小，电阻率要大，介电损 耗角要小，化学稳定，机械和热性能好， 平波电压低
• 聚光腔的作用：
提高泵浦源泵浦转换效率及泵浦的辐射均匀 性，是泵浦源与工作物质有效的耦合 被动调Q的基本原理？ 在激光腔内使用可饱和吸收晶体可以得到被 动调Q开关，这一种是利用饱和吸收体存在 非线性吸收特性，在强光照射下吸收饱和 而对激光呈现透明的特性而制成的
• 如何解决LD端泵激光器的发散问题？ 因为半导体激光器快轴发散角很大，要把激 光输出全部耦合到探测器，就要求较大的 探测面积以及较近的探测器和激光器发光 面之间距离。但大面积的探测器制造困难， 价格昂贵。或者可以用小探测面尽量靠近 激光发射面，但由于探测面的厚度仅为 70um，为了安全使用，应尽量避免与任何 物体接触，因此探测器前面都有保护套